用Rec.2020解决超高清电影的色彩管理问题

樊 华

2020年初的一场疫情，让整个电影行业经历了巨大的挑战。传统的电影院观影模式，在疫情防控的严格要求面前，元气大伤。虽然仍有不少铁杆影迷会在疫情结束后再次恢复强烈的观影意愿，但不可否认的是很多人也因为疫情的原因，在相当长的一段时间内会远离电影院这样人群密集的场所。由此，整个电影产业面临巨大的调整压力。

但是，大众的观影需求并没有消失，通过手机、pad、电脑、电视等个人和家庭终端进行观影的行为大幅度增加。坐在公交车上追剧、坐在家中看电影，已经成为越来越多观众的选择。即便是我国疫情最严重的上半年（2020），与电影院纷纷暂停营业形成对比的是，网络平台、有线电视平台上好电影的播放量突破性增长。大家不仅要在家中、随时随地看到电影，还要在家中看到高画质的电影，看到比较新、甚至全新上映的电影。这种需求直接形成了网络平台（指广义的网络平台，含有线电视平台，下同）对高质量电影需求的爆炸性增长。

与这种需求相对应的，一方面网络平台也对网络电影的质量提出了更高的要求与期待，另一方面部分按传统院线模式制作的电影开始尝试在网络平台首发或者同时发布。而且随着疫情在全世界蔓延，这种网络平台对高质量电影需求的飞速增长和电影制作方对网络平台的积极响应，都已经成为全世界影视行业的趋势。即便如好莱坞这样的传统电影制作体系，也在大幅度增加网络平台首发影片的数量。可以说，这一波疫情已经逼迫我们所有传统电影的制作者认真考虑网络平台的影响，开始探索如何为网络平台提供可以比肩传统影院观感的高质量电影。

提到高质量电影，除了传统意义上关于电影本身的质量判断标准，对于网络平台，画面分辨率成了一个代表性的指标。目前，“4K超高清”已经成为高画质节目必备的条件。在民用家电消费市场上，4K彩电已经降到了非常亲民的价格而且早已是市场主流产品，并且“真4K”电视正在逐渐驱逐“伪4K”电视。在专业电影制作领域，绝大部分摄影机、工作软件都已经内置了4K以上分辨率的工作模式，可以几乎无成本地转移到4K超高清节目的制作上。而对于专业电视台来说，4K的录制、播出设备早已经成熟且成体系，甚至于大家早就开始规划8K节目了。在这样的时代背景下，4K频道、4K片源正在被越来越多的观众认可和喜爱。同时伴随着国产真4K电视机的持续降价，在家观看“真4K”电影已经成为越来越多观众的选择和期待。

分辨率上去了，必然带来的问题就是节目信号所需要的传输带宽会随着分辨率平方增长。不过近两年正是我国网络建设的又一个高潮期。网络提速、降费已经是各大运营商的公开承诺。尤其是5G技术的落地，更是解决了无线“最后一公里”的瓶颈问题，使得移动端同样具有足够的传输带宽。超清的4K电视机、更快的光纤和5G网络，以及这二者的价格都变得越来越亲民、越来越适合普通人消费，直接促成了超高清电影观众群的形成。这些坐在4K电视机前看电影的观众又反过来提出了更多的片源需求和对影片画面质量有了更高的要求。

除了以上这些因素外，2020年对超高清电影片源需求暴增还有一个重要因素：电视台在改革方面的主动探索。对于广播电视系统来说，提升画面分辨率，从而给观众更真实的现场感一直就是其技术更新的基本动力。随着广电网带宽的不断升级，广电系统早就开始了超高清电视节目的探索和实践。随着建国70周年国庆阅兵式的首次超高清直播，以及瞄准2022年冬奥会的全程超高清节目制作，广电系统以4K频道为契机，已经建设好了一整套超高清节目的制作、播放平台。而且这两年的播出实践，不仅积累了基本的用户、培养了用户观看习惯、形成了从中央台到地方台多个超高清频道，更重要的是，终于使得超高清电影有了可以保证质量的、稳定的播出平台。对超高清电影制作人来说，所有电影之外的条件都已具备，大家可以专心电影创作本身了。

综上，市场的变化、受众的变化、性能达标、价格适中的硬件设备以及稳定成熟的播放平台，这些因素在2020年共同促成了对超高清电影的需求爆炸，也正在吸引着越来越多的传统电影制作团队加入超高清电影的创作中。但另一方面，大多数传统电影制作团队在制作超高清电影时，都会遇到各种技术问题，尤其是跟画面相关的技术问题。这些问题一般并不能套用传统方式解决，而且如果解决不好，在4K屏幕上对画面质量的影响会很大。因此，很多导演、摄影师对超高清电影又有点害怕以致抵触。本文将集中讨论超高清电影最核心的色彩控制问题，将它的来龙去脉、前因后果一一剖析清楚，并给出建议与解决方案。

一、到底什么是超高清电影

我们不妨先谈一谈电影与电视在画面上的主要区别。对于传统电影制作者来说，电影感的获得在很大程度上依赖于那块巨大的放映银幕。

由于它足够大，能给观众带来一种身临其境、置身事中的体验。所谓“电影必须要在大银幕上看”就是这个意思。对于传统电影美学来说，是无法在电视、电脑、手机的小屏幕上讨论一部影片的画面质量的。因此很长时间以来，电影制作者对电影拷贝在电视上的最终放映效果，并未给予足够的重视。尤其讨论到电影的画面和声音效果时，在“一切以大银幕为准”的原则下，电视这种小屏幕上的体验损失成了一种理所当然的“误差”，也成为电影与电视节目天然的分别。但是随着最近十年液晶显示屏制造技术的突破性发展，更大的电视屏幕已经成为现实。虽然电视屏幕很难、也没必要做到电影银幕般大小，但是电视观看者有自己的调整方式：观看者可以调整观看距离。当电视屏幕足够大、观看距离足够近时，电视机对观看者的视张角—也即电视机屏幕左右两边与人眼分别连线后所形成的夹角，正在逐步接近观众在影院中看大银幕时的视张角。这在理论上提供了在电视屏幕上获得影院观感的一种可能。当然，要想真地做到在足够近的距离舒服地观看足够大的电视，还必须做到屏幕上每个像素点的视张角仍然要足够小。因为当像素点视张角过大时，人眼就会看到图像边缘的各种不平滑，从而降低对画质的评价。现在，既要增大屏幕的总体尺寸（总体视张角），又要保持每个像素点的视张角不变或变小，得到的必然结果就只能是增加屏幕上像素点的总数量，既包括像素的行数，也包括它们的列数。而屏幕上像素点的行列数，就是分辨率。所以，对于电视来说，获得接近电影感的高画质的前提，就是屏幕和节目画面都具有更高的分辨率。

电视机分辨率一般以列数乘以行数表示。在刚刚进入数字电视时代，我国使用的PAL-D制式彩色信号标准数字化后的分辨率是720×576。之后的高清电视分辨率为1920×1080，由于其列数非常接近2000，因此也被称为2K电视。目前正在流行的超高清电视分辨率为3840×2160，其列数非常接近4000，因此也被称为4K电视。之后还有8K电视，其分辨率为7680×4320。事实上，每一种分辨率的背后都对应着一整套摄录、编辑、播放设备。只有电视节目从拍摄开始就在全流程满足分辨率要求，最后得到的节目才能满足相应的分辨率，在对应设备上观看时也才能体验到相应感受。目前，在我国市场上，2K的高清电视早已经成熟，无论是终端观看设备还是相应的高清电视频道都已经完全普及。4K超高清电视则方兴未艾：作为观看设备的4K电视机正是近几年热卖的产品，各种4K频道正在陆续组建播出网络上的4K电影片源数量也正在高速增长。而能够在对应的4K频道播放且适合在4K电视上观看的影片，正是本文要讨论的超高清电影。严格来讲，它属于电视电影或者网络大电影的一种，其制作质量与传统院线电影是有一定差异的。相比以前的2K电视电影或者网络电影，超高清电影由于观看设备的巨大改进，使得其画质有了飞跃性的改进，以至于越来越接近院线电影。因此，超高清电影对制作提出了更高的要求。

那么，超高清电影是否仅仅意味着分辨率上的变化呢？答案是否定的。对传统电影来说，影院里的暗环境同样是必不可少的一个要求。相比于一般电视机在家中所处的亮环境，影院的暗环境使得画面的对比度更强、色彩更艳丽、暗部细节更丰富。由此带来的超现实的画面感受，同样是电影美学中关键的特征。但是，随着当代液晶显示屏的发展，电视机屏幕也正在逐一解决这些难题，使得屏幕更亮、宽容度更广、色彩更艳丽，甚至引入了高动态范围（HDR）技术来构造超现实的画面。这些新技术彻底更新了2K电视的原有标准，为4K超高清电影提供了更宽广的表现空间，使得其完全有可能比肩影院的观看效果。但同时，由于技术更新的幅度太大，使得原有的控制标准完全无法适应超高清电影的制作。尤其是在色彩管理这一核心问题上，原有解决方案都遇到了核心困难，目前又缺乏统一的处理方式，此问题也就成了一个亟须解决的问题。

图1.4K超高清电视

二、色彩控制有何难

超高清电影的色彩控制成为一个难题的首要因素是：对于电视系统来说，色彩控制是一个新问题。如前所述，超高清电影本质上属于电视电影，也即最终要在电视系统中播放的节目。对于电视系统来说，传统上是不存在色彩控制这一问题的。传统的电视节目由于对时效性的要求，更强调从拍摄到实时导播到最终播放的实时性。现场摄像机拍摄下来的画面通过电缆或专用信道直接传到导播台而非挂带录制。编导人员在导播台直接切换不同摄像机的信号，实时完成节目制作。之后节目信号经过简单处理，直接送到广播设备上进行播出。整个过程强调因实时性、实在性带来的真实感。至于整个画面的美学特征以及细节的构造，都是居于次要位置的因素，也都是为了追求真实性而可以牺牲的部分。因此，理论上，电视系统并不存在为了美学表达而进行色彩控制的需求。而且在实践中，为了追求时效性，电视节目制作流程中也不存在色彩调整这一独立流程。电视节目制作时，只需要简单保证拍摄设备和终端放映设备的色彩表现大体一样即可。这一工作直接简化为两点：一、数字电视系统各设备都遵从统一的一套色彩标准，即Rec.709标准；二、每次拍摄前如有可能，尽量将摄像机参照Rec.709标准进行自身校准，保证基本指标符合要求，如果时间上不允许，那么只能依靠设备自身的稳定性。这里的Rec.709标准是指由国际电联的ITU-R BT.709文件所定义的一整套色彩空间及亮度标准，也就是我们俗称的Rec.709色彩空间，也可记为BT.709。这样拍摄完成的画面，只是使得终端设备上的画面与现场画面基本一致，而并不要求画面色彩、亮度方面细节上的真实还原，更不会考虑通过色彩亮度调整达到更高的美学追求。因此，在传统电视节目制作系统中，色彩控制问题是几乎不需要特别考虑的问题，自然也就没有针对性的解决方案。

图2.Rec.709(BT.709)、DCI-P3、Rec.2020(BT.2020)色域对比图①

但是，对于电影制作来说，色彩控制从来都是制作流程中的一步。由于电影并不需要追求实时性，因此电影制作过程中有足够的时间对画面进行更加精细地调整。而且，由于电影的商品属性，不菲的票价和高昂的制作费用也要求制作者必须对画面美学有更高的追求。这要求摄影指导/摄影师从设计拍摄方案开始，就要精细设计画面中的每一个细节，并在现场拍摄中准确完成设计构想。摄影师追求的画面并非简单停留在对日常生活的准确复现，更多时候是要高于现实生活的美学展现。因此，摄影师借助灯光、道具、摄影机自身调整等多种手段，共同塑造理念中的高质量画面。不仅如此，对于那些在实际拍摄中实在无法达到的画面效果，还要通过后期加工去实现，这就在电影后期制作流程中出现了调色这一专门工序。由专业的调色师，对电影画面的色彩、亮度等因素进行各种调整，以期增强画面感染力，使得电影画面更好看、更感人。在调色环节中，调色师往往拥有很大的创作自由。一个好的调色师不仅可以弥补现场拍摄时的种种缺憾，甚至可以让影片直接提升一个档次。因此，很多人将调色环节称作对电影画面的二次创作。由此可见，电影对画面的要求，绝非仅仅是对被拍摄场景的简单复现，它是一种对画面的主动创作。电影画面不仅要具备对现实场景的精确复现能力，还要提供超现实精细调整的能力。因此，电影创作中必需对色彩进行精确控制和调整。这是从导演到摄影指导、视效指导调色师共同的要求，也是长期以来电影制作团队都已习惯的工作模式。对整个电影制作来说，色彩控制是必不可少的关键问题，也是从前期拍摄到后期制作贯穿始终的问题之一。超高清电影虽然播放平台是电视和网络终端，但是作为高画质电影，色彩控制也是制作中必不可少的环节。但这一环节如何在电视系统中实现，就成为构成色彩控制难题的另一个重要因素。

事实上，在传统电视时期、高清电视时期，类似的问题都出现过。在传统电视时期，电影创作团队按照标准的电影制作流程完成最终的电影胶片拷贝，至此电影制作团队任务全部结束。此电影如果想在电视台放映，只需将胶片拷贝交给电视台进行“胶转磁”，即胶片转磁带流程。在这个流程中，使用专门的转换设备，并由专门技术人员控制完成。因此，转换后电视信号的色彩状况，完全取决于转换设备上的参数设置，这使得色彩控制被简化成了机器的参数调整这一简单技术问题。而且，由于早期彩色电视信号色彩表现能力和亮度宽容度都远远低于胶片，因此，这种简单的技术操作基本可以满足播放要求，观众并没有更高需求。

直到进入高清电视时代，电影也同期进入了全数字化流程阶段。由于电影制作流程和电视台播放设备面对的都是数字文件，电影制作团队自然期望最终的数字电影文件能够直接在电视台以及网络媒体上播放。但是，由于影院观看环境和电视、网络终端存在巨大的差异，如果电影源文件不做任何修饰的话，那么在电视和网络终端上观看时画质会有较大损失，严重时，画面几乎丧失美学意义。因此，色彩控制作为一个问题被提了出来。在当时，这一问题的解决有两种方案。一种是以好莱坞为代表的精细化解决方案：每部电影面对不同的放映终端，分别进行调色，并输出不同的成品文件到不同介质上，供不同的渠道发行。也就是说，一部电影完成自身的、面向数字影院的数字文件制作后，再根据电视台、蓝光DVD机等不同终端的要求，由调色师人工介入、分别进行调色，形成针对某一终端的发行文件，并投送到相应终端上。这种方案的优点自然是使得不同终端上的放映效果都能最大化利用该终端的表现能力，做到了在不同终端上尽量保持影片本身的画面美学特征。其缺点是人力耗费大，由于每一个发行版都需要调色师人工调整，因此成本自然上升，不同发行介质的价格也随之上升。虽然对于影院来说，这点价格分摊是可以接受的，但对于另一些受众对价格极其敏感的播放渠道，成本回收就成了新的问题。

另一种解决方案是国内大部分影视公司会采用的方法：直接将电影文件按电视台的Rec.709标准进行编码输出，然后直接交给电视台和网络平台播放，在此过程中几乎不使用或者极少使用人工进行干预。甚至于一些在制作之初就定位为电视台播放的电视电影，以及网络播放的网络大电影，他们在拍摄过程中，现场监视器直接监看Rec.709信号，后期调色也是在套用Rec.709的LUT（颜色查找表）文件基础上进行调整，从而全流程满足高清电视播放标准。这种操作的优点自然是节省人力成本，加快制作流程。而且，由于数字电影的色彩空间由DCI-P3标准确定，这一标准定义的色彩空间恰好大于Rec.709所定义的色彩空间。因此，将DCI-P3色彩空间中的文件转化为Rec.709色彩空间是下变换，虽然会损失一些信息，但是变换效果整体可控，也就是画面的整体状况基本可以保持不变，故而这种偷懒的方法也就被大家所接受。

但是，到了4K超高清电视这里，由于显示技术的深度革新，超高清电视机首次拥有了比数字电影的DCI-P3标准更大的色彩空间，并且其动态宽容度范围也开始媲美电影放映设备。这一方面导致了超高清电视不再使用Rec.709作为其标准，而采用了更高级的Rec.2020标准(也记为BT.2020)。另一方面，由于Rec.2020的色彩空间比DCI-P3更大，所以如果简单套用高清时的做法，即先按照电影流程制作电影文件，最后直接变换到数字电视的色彩空间上，就会发现此时色彩空间是上变换——从一个小色彩空间向更大的色彩空间做映射。这样的上变换一般都面临两难抉择：要么保持色彩绝对值不变，白白浪费超高清设备的精细表现力；要么作简单线性或非线性扩张，虽然充满了新的色域，但是往往伴随着色偏、色彩感受改变等诸多问题，这也是超高清电影制作过程中色彩控制成为难题的第三个重要因素。

三、Rec.2020介绍

对于目前超高清电视普遍采用的Rec.2020标准，我们有必要进行一个介绍。Rec.2020标准对应的正式文件为国际电联无线电通信部门发布的ITU-R BT.2020-2建议书，其完整名称为《超高清电视系统节目制作和国际交换的参数数值》。该标准于2012年8月公布，并建议作为超高清电视的标准使用。之后于2014年6月和2015年10月两次进行了修订。目前使用的正是其第二次修订后的版本。很多人也用其文件编号称其为BT.2020标准。

Rec.2020首先定义了超高清电视的分辨率为基础的4K：3840×2160和更高的8K：7680×4320（目前在我国还没有正式使用），以及其扫描方式为逐行扫描，帧频从每秒24帧到120帧。其次，定义了超高清电视的色彩空间：白色仍旧使用D65光源，而红绿蓝三基色的定义与Rec.709和DCI-P3中的定义都不相同，其形成的色三角形范围涵盖此两者，并明显大于这二者（见图2）。这就意味着，Rec.2020标准的设备涵盖了更大的色彩空间，可以显示更加艳丽的色彩，也可以有更加丰富的色彩细节。再次，该标准使用10比特或12比特量化编码，相对于Rec.709中的8比特或10比特编码，分别增加了2个比特位。这也就意味着在亮度宽容度上可以增加至少2档。在其预校正部分，它仍然使用了0.45的预校正系数。

事实上，经常与Rec.2020搭配使用的还有一个Rec.2100标准。后者是由国际电联无线电通信部门发布的ITU-R BT.2100-2建议书定义的，其完整名称为《用于制作和国际节目交换的高动态范围电视的图像参数值》。这一标准是在2016年7月首次发布，最近一次修订是在2018年7月进行的第二次修订。该标准在色彩空间上完全采用了Rec.2020的色彩空间，只不过增加定义了高动态范围下的亮度如何处理。在此标准下，显示设备的局部动态范围可以在17档以上。这已经是一个非常接近电影摄影机可拍摄范围的数值了。在此标准下，电视设备完全可以充分展现整个电影画面的所有细节，而无需任何压缩和下变换。

考虑到目前主流的电影摄影机还是以4K为主，大多数宽容度在18档上下，而且绝大多数摄影机已经内置了Rec.2020色彩空间选项。在短期内，主流摄影机的下一步发展基本就是升到8K和预置Rec.2100标准。因此，在当前形势下，使用Rec.2020作为超高清电影制作过程中色彩控制的标准，无疑是一个可行且合理的选择。

四、使用Rec.2020作为色彩控制标准

使用Rec.2020作为超高清电影制作过程的色彩控制标准至少有以下的优势和便利性：

第一，Rec.2020已经是目前4K超高清电视机的实际标准。大多数4K电视都满足此标准。因此，以此标准制作的节目在播放过程中可以最大程度地保真，减少播放环节本身造成的画面质量损失。

第二，目前的主流摄影机、调色软件大多已经内置了Rec.2020色彩空间，这使得以此为标准在拍摄和调色过程中不会遇到太多困难，整个流程可以顺利实现。

第三，Rec.2020还预留了8K选项，其后续的Rec.2100又补充了高动态范围，因此在短期内，这一标准可以保持稳定，不会随着设备的升级马上被淘汰替换。

第四，符合Rec.2020的监视器已经成熟，因此无论是现场监看，还是调色过程中的监看都已不是问题。

第五，Rec.2020由于涵盖了更广泛的色彩范围，因此比传统电影的DCI-P3色域拥有更强的色彩表现力，这种向更高标准的靠拢是符合电影创作者的期望的。而且这样的变化，几乎不会改变电影制作的流程，只会促进电影画质的进一步提升。

第六，由于网络终端的多样化，希望针对不同产品的不同厂商逐一提供调色片源已经是一个不可能完成的任务。事实上，电脑屏幕、pad、手机等不同设备由于使用环境不同，制造工艺也不尽相同，因此根本无法做到显示无差别。在这种情况下，大家都向同一个标准靠拢无疑是必然的趋势。在所有备选方案中，已经被4K电视广泛使用的Rec.2020无疑是最合适，也是最有希望完成标准统一的一个。对于制作环节来说，顺从大多数播放终端的选择，从来都是一个合理的取舍原则。

当然，在使用Rec.2020进行超高清电影制作的过程中，也有一些注意事项：

首先，千万不要跟Rec.709混用。由于二者无论在色域还是亮度范围上都有较大差异，一旦混用，将造成画面质量的明显损伤。当Rec.709画面直接导入Rec.2020设备时，所有色彩都将瞬间变暗、变淡，色彩的生动感即刻就会消失。反之，当Rec.2020画面导入Rec.709设备时，轻则画面变暗、变淡，重则直接报错、无法读取文件。因此，一般情况下二者要避免混在一起使用。

其次，在制作过程中要注意全流程都要使用Rec.2020标准。因为整个制作环节中如果有一个流程出现失误，都会导致最终结果的不准确。这里全流程主要包括：现场监看、初次套色、精细调色、母版生成几个步骤。

再次，全流程使用并不意味着剥夺摄影师的好习惯。比如，在拍摄时记录raw格式，或者使用log曲线记录，这些操作仍旧可以进行。甚至很多调色师不愿套用现成LUT，就喜欢自己手工调整，这些都不受影响。只要调色时的监看使用Rec.2020监视器，最后生成母版时套用Rec.2020色彩空间即可。

最后，如此生成的影片一定要在“真4K”电视上观看，方能达到效果。如果回到普通高清电视上观看，则需要将色彩空间再下变换到Rec.709，此时肯定会产生一定偏差。对影像质量要求较高时，这一步应该由调色师人工干预。

结语

通过以上分析，可以看出，对于需求正在快速兴起的超高清电影来说，如何既保留其作为电影，在制作过程中对画面色彩的精细追求，又便于其在电视终端上放映，已经成为必须解决的一个问题。这中间的关键点在于制作过程中的色彩管理标准。一方面，作为电影，色彩管理标准不能下降；另一方面，作为电视，新标准要符合电视播放设备的现状。因此，笔者建议使用Rec.2020作为标准，制作超高清电影。通过文中分析，可以看出这个结论不仅在理论上可以最大限度保证影片的画面质量，而且在实际操作中有诸多便利之处。进一步，由于Rec.2020标准已经超过了现行数字电影的DCI-P3标准，因此很有可能会导致电视与电影制作标准的统一，这将大大方便所有的影视工作者，也方便广大观众坐在家中就能看到原汁原味的电影。

【注释】